DE977845C

DE977845C - Dreidimensionale Zielsuchsteuerung von Geschossen, insbesondere Torpedos

Info

Publication number: DE977845C
Application number: DEU4236A
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl-Ing Thomsen; Helmut Dr Unkelbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-11-30
Filing date: 1956-11-30
Publication date: 1971-09-02

Description

Bekannt ist ein Zielsuchverfahren von Geschossen, im besonderen Torpedos, bei welchem der Torpedo seine ursprüngliche Rechtkantlage auch auf der Verfolgungskurve beibehält. Ergibt sich aus der Verfolgungskurve gleichzeitig eine Seiten- und Tiefendrehung des Torpedos, so liegt der resultierende Weg weder in der Seiten- noch in der Tiefensteuerebene. Dies erfordert eine Abstimmung der gleichzeitig wirkenden Seiten- und Tiefenruderkräfte, die senkrecht aufeinander stehend den Wirkungsgrad der Steuereinrichtung herabsetzen, und zwar besonders dann, wenn beide Kräfte gleich oder nahezu gleich sind. Eine unzweckmäßige Abbremsung des Torpedos ist weiter die Folge. Auch bei reinen Raketengeschossen ergibt sich ein Energieverlust, wenn die zur Steuerung benutzten Raketenkräfte aufeinander senkrecht stehen.

Der Ausgangspunkt für die Erfindung ist nun die Erkenntnis, daß unter der Voraussetzung geradliniger und gleichmäßiger Fortbewegung des Geg- ao ners auch bei einer dreidimensionalen Zielsuchsteuerung die mathematische Verfolgungskurve, im besonderen Hundekurve, auf einer, wenn auch schrägliegenden Ebene verläuft, und zwar derjenigen, welche durch den Torpedostandort und den Gegnerweg definiert ist. Von der mathematischen Verfolgungskurve ist die faktische Verfolgungskurve in zweierlei Hinsicht zu unterscheiden:

I. Die Richtung des Geschoßweges weicht bei Beginn des Zielsuchvorganges mehr oder weniger von der gerichteten Tangente an die mathematische Verfolgungskurve in dem betreffenden Punkt ab. Das Geschoß muß zunächst auf eine Verfolgungskurve »eindrehen«, was wegen seiner begrenzten

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Wendigkeit einige Zeit erfordert. Die »Eindreh-• kurve« ist im Gegensatz zur mathematischen Verfolgungskurve keine ebene Kurve, sondern eine Raumkurve.

II. Nach dem Eindrehen des Geschosses auf eine mathematische Verfolgungskurve kann dieses infolge mangelnder Wendigkeit nicht immer der Krümmung der Verfolgungskurve folgen und schert aus. Es tritt der sogenannte »Kurvenklemmer« ein,

ίο bei dem die Peilung vom Geschoß zum Ziel gegebenenfalls so stark auswandert, daß das Ziel den Winkelbereich der Ortung verläßt. Bei konstanter Rechtkantlage des Torpedos kann ein Kurvenklemmer in zwei Komponenten auftreten und den Torpedo aus der Steuerungsebene der mathematischen Verfolgungskurve herausführen, so daß sich wie bei der Eindrehkurve eine nichtebene Raumkurve ergeben kann. Aus solchen dreidimensionalen Kurvenklemmern resultieren zahlreiche Schwierigkeiten

ao und Nachteile, von denen hier nur die folgenden drei erwähnt seien:

a) Der Torpedo passiert das Ziel häufig in windschiefer Lage,, wodurch das Funktionieren der Abstandszündung verhindert werden kann.

b) Wenn die Peilung erst einmal aus dem Ansprechbereich ausgewandert ist, so besteht — im Gegensatz zu einer ebenen Bahnkurve — nur eine geringe Wahrscheinlichkeit, daß sie wieder in der Richtung zum Ziel zurückgeführt wird.

c) Die mathematische Untersuchung der dreidimensionalen Kurvenklemmer bereitet besondere Schwierigkeiten.

Diese und andere Schwierigkeiten lassen sich gemäß der Erfindung beseitigen oder stark vermindern, indem durch Drehung des Torpedos um seine Längsachse (»Torsion«) die Achse der Tiefenruder (oder der Seiten ruder) in die Ebene einer mathematischen Verfolgungskurve — wenigstens näherungsweise — gelegt wird (»Eindrehen der Rechtkantlage«). Dies kann dadurch geschehen, daß man durch eine Scherung mindestens eines Ruderpaares den Tiefen- (oder Seiten-) Steuereffekt zu null werden läßt und die Achse des Tiefen- (bzw. Seiten-) Ruders in die Ebene einer mathematischen Verfolgungskurve legt. (Im Falle von reinen Raketengeschossen kann die Torsion mit bekannten Mitteln der Raketentechnik bewerkstelligt werden.) Dann steht das jeweils andere Ruderpaar senkrecht auf der Steuerebene und kann ohne Mitwirkung des ersten Ruderpaares die Einsteuerung des Torpedos auf der ebenen Verfolgungskurve ausführen, sofern der Torpedo von vornherein mit dem richtigen räumlichen Vorhaltwinkel geschossen worden ist. Da der Vorhaltwinkel in der Praxis jedoch meist mit Fehlern behaftet ist, ergeben sich noch Abweichungen der Bahnkurve des Torpedos von einer ebenen Verfolgungskurve, wobei erfindungsgemäß bei einer weiteren Anlenkung der Torpedo durch sein Stabilisierungsorgan so stabilisiert wird, daß die Achse des Höhen- (bzw. Seiten-)Ruders parallel und die Achse des Seiten- (bzw. Höhen-)Ruders senkrecht zu jener natürlichen Steuerungsebene gehalten wird, wobei dann eine weitere Anlenkung als eine an sich bekannte Rechtkantanlenkung, jedoch in einem gedrehten Koordinatensystem, erfolgt. Bei nicht zu großen Fehlern des räumlichen Vorhaltwinkels und nicht zu kleinen Ansprechentfernungen weicht die Bahnkurve des Torpedos von einer ebenen Verfolgungskurve nur wenig ab, so daß die Zielsuchsterung überwiegend dem Seiten- (bzw. Tiefen-) Ruderpaar obliegt. Die Abweichungen werden insbesondere durch die Tatsache in engen Grenzen gehalten, daß die Fehler des räumlichen Vorhaltwinkels mehr innerhalb als außerhalb der natürlichen Steuerungsebene liegen; die natürliche Steuerungsebene ist nämlich allein durch die Richtung bestimmt, in welcher die Peilung zum Ziel auswandert, während der räumliche Vorhaltwinkel außer von dieser Auswanderung noch von verschiedenen anderen Größen abhängt.

Nach einem Verfahren der Erfindung kann das Eindrehen der Rechtkantlage vor allem gegen Ende der Verfolgungskurve noch dadurch verbessert werden, daß auch bei der weiteren Anlenkung die Höhen- (bzw. Seiten-)Impulse der Fühlorgane abwechselnd Torsionen (mit Scherung der Ruder) und reine Rechtkantlenkungen (mit ungescherten Ruderausschlägen) auslösen, wobei das Koordinatensystem einer Lenkung der letzteren Art durch die jeweils vorausgehende Torsion bestimmt wird. Es ergibt sich bei diesem Verfahren der große Vorteil, daß das Ruderpaar parallel zur Steuerungsebene schließlich nur noch mit kleinen Ruderausschlagen die Lage des Torpedos in dieser Ebene sicherstellen bzw. Änderungen der Ebene durch entsprechende Bewegungen folgen muß, während das andere Ruder oder Ruderpaar seine volle Ruderkraft in der gewünschten Steuerrichtung wirksam werden läßt. Bei einer Steuerung durch Raketenkräfte wird der obenerwähnte Energieverlust weitgehend vermieden.

Der Steuerungsvorgang wird gemäß dem Verfahren der Erfindung einer mathematischen Untersuchung sehr viel zugänglicher, da sich die Verfolgungskurve in ihren wichtigsten Teilen durch eine ebene Kurve approximieren läßt. Dies gilt insbesondere für den letzten Teil des Ansteuerungsvorgangs, welcher so beherrscht werden muß, daß er zu einem Ansprechen der Abständszündung führt.

Die Vorteile des Verfahrens der Erfindung fallen insbesondere auch in solchen Fällen ins Gewicht, in welchen die mathematische Verfolgungskurve nicht durch eine Hunderkurve, sondern eine Verfolgungskurve mit Vorhältwinkel dargestellt wird. In diesen Fällen kommt es bei dem Verfahren der Erfindung in der Hauptsache nicht auf die Einhaltung eines räumlichen Vorhältwinkels, sondern eines ebenen Vorhaltwinkels an. Ein ebener Vorhaltwinkel ist jedoch mit automatischen und nichtautomatischen Mitteln genauer und leichter festzustellen als ein räumlicher Vorhaltwinkel.

Nach einem Verfahren der Erfindung wird eine Begrenzung der Drehgeschwindigkeit um dieLängsachse eingeführt, welche der Trägheit der Zielsuch-

einrichtung und der Ruderbetätigung Rechnung trägt und damit der Gefahr einer unkontrollierten Rotation des Torpedos um die Längsachse oder starker Pendelungen begegnet.

Nach einem Verfahren der Erfindung kann das Eindrehen der Rechtkantlage noch dadurch beschleunigt werden, daß die Höhen- (bzw. Seiten-) Impulse der Fühlorgane gleichzeitig Torsionen und Rechtkantlenkungen auslösen. Dabei kommt es

ίο allerdings darauf an, die Drehgeschwindigkeit um die Längsachse im Vergleich zur Drehgeschwindigkeit der Rechtkantlenkung in gewissen Grenzen zu halten, damit Pendelungen oder gar Rotationen der Steuerebene vermieden werden.

Nach dem Eindrehen der Rechtkantlage auf eine konstante Steuerebene hat das Tiefen- (bzw. Seiten-) Ruderpaar nur noch die Aufgabe, mit kleinen Ruderausschlägen wechselnder Richtung die Lage des Torpedos in dieser Ebene sicherzustellen. Längere Ruderausschläge und/oder eine Folge von Ausschlägen derselben Richtung sind also ein Merkmal dafür, daß die konstante Steuerebene noch nicht erreicht ist oder nicht mehr besteht. Deshalb kann nach einem Verfahren dieses Merkmal dazu führen, eine Torsion auszulösen.

Nach einem Verfahren der Erfindung läßt sich das Eindrehen der Rechtkantlage dadurch erleichtern und verbessern, daß über die Ermittlung des räumlichen Vorhaltwinkels, der — wie bereits erwähnt — bei gleichförmiger Gegnerbewegung auf der natürlichen Steuerungsebene liegt, dem Torpedo bei Abschuß bereits eine vorgegebene Koordinatendrehung mitgegeben wird. Hierbei ist es möglich, daß der Torpedo sofort nach Abschuß eineTorsionslage entsprechend der natürlichen Steuerungsebene einnimmt oder daß der Drehwert in der Stabilisierungseinrichtung gespeichert ist und vorzugsweise erst beim ersten Ansprechen des Torpedos auf das Ziel die Koordinatendrehung veranlaßt. Durch Vorgäbe eines solchen Drehwinkels können Pendelungen beim Aufsuchen der Steuerungsebene vermieden oder vermindert werden.

Bei vielen Steuerverfahren wird nach Eindrehen des Torpedos in seine Verfolgungskurve der dem Ziel abgewandte Teil der Ansprechcharakteristik zur Einhaltung der Verfolgungskurve nicht mehr benötigt. Andererseits kann gerade dieser Teil Störeffekten ausgesetzt sein, z. B. Reflexionen an der Wasseroberfläche und dem Grunde. Ein Verfahren der Erfindung betrifft deshalb die Abschaltung dieses Teils der Fühlorgane nach erfolgtem Eindrehen auf der Verfolgungskurve.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur Zielsuchsteuerung von Geschossen, insbesondere Torpedos, der Seite und Höhe nach, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhensteuerung (bzw. Seitensteuerung) den Torpedo zunächst zu einer Drehung um seineLängsachse (»Torsion«) veranlaßt, bis das Ziel sich in einer Symmetrieebene der Höhencharakteristik (bzw. Seitencharakteristik) der Fühlorgane (»natürliche Steuerungsebene«) befindet, und daß bei einer weiteren Anlenkung der Torpedo durch sein Stabilisierungsorgan so stabilisiert wird, daß die Achse des Höhenruders (bzw. Seitenruders) parallel und die Achse des Seitenruders (bzw. Höhenruders) senkrecht zu jener natürlichen Steuerungsebene gehalten wird, wobei dann eine weitere Anlenkung als eine an sich bekannte Rechtkantlenkung, jedoch in einem gedrehten Koordinatensystem erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sich bei der weiteren Anlenkung die Höhen- (bzw. Seiten-) Impulse der Fühlorgane abwechselnd Torsionen (mit Scherung der Ruder) und reine Rechtkant-Lenkungen (mit ungescherten Ruderausschlägen) auslösen, wobei das Koordinatensystem einer Lenkung der letzteren Art durch die jeweils vorausgehende Torsion bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Begrenzung der Drehgeschwindigkeit um die Längsachse eingeführt wird, welche der Trägheit der Zielsucheinrichtung und der Ruderbetätigung Rechnung trägt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen- (bzw. Seiten-) Impulse der Fühlorgane gleichzeitig Torsionen und Rechtkantlenkungen auslösen, wobei das Koordinatensystem einer Lenkung der letzteren Art durch die augenblickliche Torsionslage bestimmt wird und die Drehgeschwindigkeit um die Längsachse in einem bestimmten Verhältnis zur Drehgeschwindigkeit der Rechtkantlage gehalten wird, welches entweder fest oder vor Abschuß eingestellt und/oder durch die bisherigen Impulse der Fühlorgane bestimmt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Torsionen (immer) dann eintreten, wenn zwei (oder mehr) aufeinanderfolgende Höhen- (bzw. Seiten-) Impulse dieselbe Richtung aufweisen und/oder wenn die Dauer eines Höhen- (bzw. Seiten-) Impulses eine bestimmte Zeitdauer überschreitet, welche fest oder vor Abschuß eingestellt und/oder durch die bisherigen Impulse der Fühlorgane bestimmt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Torpedo über die Ermittlung des räumlichen Vorhaltwinkels, der bei gleichförmiger Gegnerbewegung ebenfalls auf der in Anspruch 1 definierten natürlichen Steuerungsebene liegt, bei Abschuß eine vorgegebene Koordinatendrehung mitgegeben oder in der Stabilisierungseinrichtung gespeichert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach Eindrehen des Torpedos in eine natürliche Steuerungsebene dem Ziel abgewandte Teile der Fühlorgane dauernd oder zeitweise abgeschaltet werden.

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